武漢肺炎多人一測,集體檢驗提升效率  原載於新公民議會

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COVID-19(武漢肺炎、新冠肺炎)肆虐至今,檢驗是防疫的一大關鍵。台灣由於疫情輕微,至今一直都保有足夠的檢驗能力,但是更嚴重的地方,檢驗時常追不上病毒蔓延的速度,而資源不足的地區,大量檢驗累積下來也是不小的負擔。有種策略理論上能改善問題,那就是「多人一測」(Group Testing)。

The mathematical strategy that could transform coronavirus testing

 

多人一測的做法,至少能追溯到第二次世界大戰。為了檢驗士兵是否感染梅毒,美國經濟學家 Robert Dorfman 在 1940 年代提出一次檢驗多人,集體檢驗的概念。

 

比方說有 27 人需要檢驗,第一輪先分成 9 人一組共 3 組,檢驗 3 次;陰性表示 9 人通通陰性,陽性組第二輪再各自檢驗 9 人,找出是哪些人陽性。如此就不用檢驗到 27 次那麼多。

 

此一思維下還可以更進一步,那就是把陽性組再拆成更小的分組,例如 9 人再分為 3 組檢驗 3 次。這樣做的優點是能減少檢驗次數,節省資源,缺點是耗費時間。

 

可想而知,假如陽性實際上佔整體族群的比例不低,集體檢驗能提升的效率有限。不過陽性比例若是不高,多人一測就能展現優勢。

 

盧安達的理論生物學家 Wilfred Ndifon 表示,善用不同組合,不但能減少檢驗次數,也能節省時間。他提出的策略前半和老方法一樣:第一輪分組檢驗;差異在後半:有人陽性的大組中,同一個人再各自和不同人同組,重複檢驗。

 

比方說 ABCDE 共 5 人,ABC 一組,BCE 一組、CDE 另一組,結果為 ABC 陰性、BCE 陰性、CDE 陽性,就能判斷 ABCE 為陰性,D 是陽性。透過適當的安排組合,第二輪就能以較少的檢驗次數,釐清哪些人才是陽性。

 

印度資訊學家 Manoj Gopalkrishnan 則提出,只需一輪便可得知結果的辦法。理論上,一個人可以重複檢驗多次,每一次都和不同人同組,透過交叉比對,便能判斷每一個人有沒有感染。這套辦法能省去第二輪檢驗的時間,但是一次需要的工作量最大。不過最大的問題恐怕在於,每次檢驗的組合將十分複雜,超過檢驗操作人員一般的處理能力。

 

理論必需與現實配合,最現實的問題是,用 RT-PCR 檢驗導致 COVID-19 的病毒時,一次能檢驗幾個人?

 

Wilfred Ndifon 的盧安達隊友 Leon Mutesa 表示,一次可以檢驗 100 人,當中即使只有 1 人感染也能偵測出來。然而,德國的專家 Sigrun Smola 指出,一次不該超過 30 人,才能確保結果可靠(他自己一次檢驗 20 人)。

 

我們知道,由於 COVID-19 病毒的特質,即使一次只檢驗一個人,偽陰性的機率也不算太低。20 人集體檢驗已經有點冒險,100 人實在很難想像。另外,上述討論都假設為理想狀態,檢驗卻會面臨偽陽性、偽陰性的問題,干擾判斷,實際狀況更加複雜。

 

至今已經有中國、印度、德國、美國採取集體檢驗,還有更多國家即將投入。到底哪些策略管用,讓我們看下去。

 

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